CN105740970A - 一种基于烟花算法的配电网重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于烟花算法的配电网重构方法，包括：分别以网络损耗、负荷平衡以及电压降幅为依据，定义目标函数；确定配电网安全运行的综合目标函数；为综合目标函数添加约束条件；采用烟花爆炸搜索机制，解决了当配电网负荷发生变化或配电网出现故障时，对配电网进行重构，隔离故障；该方法能够快速改进寻优方向，有效避免早熟，易获得全局最优解。

Description

一种基于烟花算法的配电网重构方法

技术领域

本发明属于配电网重构的技术领域，具体涉及一种基于烟花算法的配电网重构方法。

背景技术

为灵活可靠供电，配电网一般采取闭环设计、开环运行的方式，配电网包含大量的常闭分段开关和少量的常开联络开关。当负荷发生变化或出现故障时，需要及时改变开关的开合状态以进行网络重构，隔离故障，改善电压分布状况，确保配电网安全经济运行。

目前配电网重构方法众多，如支路交换法和最优流模式法，该类算法优化速度快、实现简单，但优化结果与网络初始结构和开关打开顺序有关，并且由于使用不合理的启发式规则，缺乏数学意义上的全局最优性，易收敛于局部最优解。目前在配电网重构中广泛应用的人工智能算法中，遗传算法收敛速度慢，局部寻优能力差；禁忌搜索法的全局寻优能力受禁忌长度影响较大；蚁群算法计算时间长。

发明内容

为了弥补上述缺陷，本发明提供基于烟花算法的配电网重构方法，从一个新的视角出发，为配电网经济可靠运行、故障后快速重构，以及最大限度的恢复供电提供必要的手段和工具；该方法能够快速改进寻优方向，有效避免早熟，易获得全局最优解。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于烟花算法的配电网重构方法，所述方法包括：

(1)分别以网络损耗、负荷平衡以及电压降幅为依据，定义目标函数；

(2)确定配电网安全运行的综合目标函数；

(3)为综合目标函数添加约束条件；

(4)采用烟花爆炸搜索机制，对配电网进行重构。

优选的，所述步骤(1)具体包括：以配电网正常运行下网络损耗最小为经济目标函数，其表达式为：

${\mathrm{minF}}_L=\frac{1}{P_{L\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{R}_i\frac{{P_i}^2+{Q_i}^2}{{U_i}^2}$

式中，n为网络节点数，R_i为支路i的电阻，P_i、Q_i分别为支路i的有功功率和无功功率；U_i为支路i末端的节点电压，P_L∑为网络有功负荷综合；

以配电网正常运行下负荷平衡最优为安全目标函数，其表达式为：

${\mathrm{minF}}_B=\frac{1}{n_t}\underset{j=1}{\overset{n_t}{\Σ}}|\frac{S_j}{S_{jmax}}-\frac{{\mathrm{\ΣS}}_j}{{\mathrm{\ΣS}}_{jmax}}|$

式中，n_t为元件数量；S_j和S_jmax分别表示元件j的实际负载率和最大允许负载率；

以配电网正常运行下电压降最小为电压质量目标函数，其表达式为：

${\mathrm{minF}}_V=\frac{1}{U_N}\left|\underset{i=1}{\overset{n_d}{\Σ}}{I}_i{Z}_i\right|$

式中，n_d为支路数，Z_i为第i个支路阻抗；I_i为第i个支路流过的电流；U_N为网络的额定电压。

优选的，所述步骤(2)包括：设置各个目标函数的权重系数，确定配电网安全运行的综合目标函数，其表达式为：

F＝a₁F_L+a₂F_B+a₃F_V

式中，a₁为网损最小目标函数的权重系数，a₂为负荷平衡最小目标函数的权重系数，a₃为电压质量目标函数的权重系数。

优选的，所述约束条件具体包括电压约束、支路过载约束和开关操作次数约束；

U_imin≤U_i≤U_imax

S_i≤S_imax

NSO≤NSO_max

式中，U_imin和U_imax分别表示支路i节点i电压的下限、上限值；S_i和S_imax分别表示支路i流过功率的计算值、最大容许值；NSO和NSO_max分别为在一定时间内开关操作次数和最大允许操作次数。

优选的，所述对配电网进行重构的具体步骤包括：

4-1初始化烟花爆炸算法基本参数；包括烟花种群大小数目、维数、烟花爆炸位置、爆炸产生的烟花数目和烟花爆炸半径；

4-2随机选择爆炸位置；

4-3执行烟花爆炸算法，确定爆炸最优值；

4-4根据烟花种群大小数目和维数值进行迭代运算，确定目标函数最优值。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明提出了一种基于烟花算法的配电网重构算法，是以一个新的视角探索并建立的配电网重构方案；当配电网负荷发生变化或配电网出现故障时，及时进行网络重构；有效隔离故障，避免经济损失；

通过在33节点的配电网络中进行实验验证，与其他智能算法如遗传算法，禁忌搜索算法，人工神经网络相比较，烟花算法计算速度较快，优化结果较好。

附图说明

图1为本发明提供的基于烟花算法的配电网重构方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

配电网一般采取闭环设计、开环运行的方式，配电网包含大量的常闭分段开关和少量的常开联络开关。当负荷发生变化或出现故障时，需要及时改变开关的开合状态以进行网络重构，隔离故障。如图1所示，本发明公开了一种基于烟花算法的配电网重构方法，烟花算法由北京大学谭营教授于2010年率先提出，经测试验证有较快的收敛速度和全局寻优能力。本申请是以一个新的视角探索并建立的配电网重构方案；旨在解决当配电网负荷发生变化或配电网出现故障时，及时进行网络重构，隔离故障。其方法包括：

(1)分别以网络损耗、负荷平衡以及电压降幅为依据，定义目标函数；

以配电网正常运行下网络损耗最小为经济目标函数，其表达式为：

${\mathrm{minF}}_L=\frac{1}{P_{L\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{R}_i\frac{{P_i}^2+{Q_i}^2}{{U_i}^2}$

式中，n为网络节点数，R_i为支路i的电阻，P_i、Q_i分别为支路i的有功功率和无功功率；U_i为支路i末端的节点电压，P_L∑为网络有功负荷综合；

以配电网正常运行下负荷平衡最优为安全目标函数，其表达式为：

${\mathrm{minF}}_B=\frac{1}{n_t}\underset{j=1}{\overset{n_t}{\Σ}}|\frac{S_j}{S_{jmax}}-\frac{{\mathrm{\ΣS}}_j}{{\mathrm{\ΣS}}_{jmax}}|$

式中，n_t为元件数量；这里的元件可以是变压器、馈线或者支路；S_j和S_jmax分别表示元件j的实际负载率和最大允许负载率；

以配电网正常运行下电压降最小为电压质量目标函数，其表达式为：

${\mathrm{minF}}_V=\frac{1}{U_N}\left|\underset{i=1}{\overset{n_d}{\Σ}}{I}_i{Z}_i\right|$

式中，n_d为支路数，Z_i为第i个支路阻抗；I_i为第i个支路流过的电流；U_N为网络的额定电压。

(2)确定配电网安全运行的综合目标函数；

设置各个目标函数的权重系数，确定配电网安全运行的综合目标函数，其表达式为：

F＝a₁F_L+a₂F_B+a₃F_V

式中，a₁为网损最小目标函数的权重系数，a₂为负荷平衡最小目标函数的权重系数，a₃为电压质量目标函数的权重系数。

配电网络的性质不同，追求的目标函数也不同，各个目标函数的权重系数可根据实际情况取值。农村配电网络供电线路较长，容易产生低电压问题，而功率损耗问题不如城网尖锐，可以将经济目标函数的权重系数取小些。城市配电网络着重于网络最小和负荷平衡，电压降的权重系数可以取小些。

(3)为综合目标函数添加约束条件；具体包括电压约束、支路过载约束和开关操作次数约束；

U_imin≤U_i≤U_imax

S_i≤S_imax

NSO≤NSO_max

式中，U_imin和U_imax分别表示支路i节点i电压的下限、上限值；S_i和S_imax分别表示支路i流过功率的计算值、最大容许值；NSO和NSO_max分别为在一定时间内开关操作次数和最大允许操作次数。

(4)采用烟花爆炸搜索机制，对配电网进行重构。具体步骤包括：

4-1初始化烟花爆炸算法基本参数；包括烟花种群大小数目、维数、烟花爆炸位置、爆炸产生的烟花数目和烟花爆炸半径；例如：在33节点的配电系统中，烟花种群大小数目可设置为50，维数为5，即联络开关数目。(33个接点系统中联络开关的数目为5个)烟花爆炸位置个数为20，每个爆炸产生的烟花数目为25，烟花爆炸半径为20。

4-2随机选择爆炸位置；

4-3执行烟花爆炸算法，确定爆炸最优值；

4-4根据烟花种群大小数目和维数值进行迭代运算，确定目标函数最优值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于烟花算法的配电网重构方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)分别以网络损耗、负荷平衡以及电压降幅为依据，定义目标函数；

(2)确定配电网安全运行的综合目标函数；

(3)为综合目标函数添加约束条件；

(4)采用烟花爆炸搜索机制，对配电网进行重构。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：以配电网正常运行下网络损耗最小为经济目标函数，其表达式为：

${\mathrm{minF}}_L=\frac{1}{P_{L\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{R}_i\frac{{P_i}^2+{Q_i}^2}{{U_i}^2}$

式中，n为网络节点数，R_i为支路i的电阻，P_i、Q_i分别为支路i的有功功率和无功功率；U_i为支路i末端的节点电压，P_L∑为网络有功负荷综合；

以配电网正常运行下负荷平衡最优为安全目标函数，其表达式为：

${\mathrm{minF}}_B=\frac{1}{n_t}\underset{j=1}{\overset{n_t}{\Σ}}|\frac{S_j}{S_{j\max }}-\frac{{\mathrm{\ΣS}}_j}{{\mathrm{\ΣS}}_{jmax}}|$

式中，n_t为元件数量；S_j和S_jmax分别表示元件j的实际负载率和最大允许负载率；以配电网正常运行下电压降最小为电压质量目标函数，其表达式为：

${\mathrm{minF}}_V=\frac{1}{U_N}\left|\underset{i=1}{\overset{n_d}{\Σ}}{I}_i{Z}_i\right|$

式中，n_d为支路数，Z_i为第i个支路阻抗；I_i为第i个支路流过的电流；U_N为网络的额定电压。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：设置各个目标函数的权重系数，确定配电网安全运行的综合目标函数，其表达式为：

F＝a₁F_L+a₂F_B+a₃F_V

式中，a₁为网损最小目标函数的权重系数，a₂为负荷平衡最小目标函数的权重系数，a₃为电压质量目标函数的权重系数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件具体包括电压约束、支路过载约束和开关操作次数约束；

U_imin≤U_i≤U_imax

S_i≤S_imax

NSO≤NSO_max

式中，U_imin和U_imax分别表示支路i节点i电压的下限、上限值；S_i和S_imax分别表示支路i流过功率的计算值、最大容许值；NSO和NSO_max分别为在一定时间内开关操作次数和最大允许操作次数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对配电网进行重构的具体步骤包括：

4-1初始化烟花爆炸算法基本参数；包括烟花种群大小数目、维数、烟花爆炸位置、爆炸产生的烟花数目和烟花爆炸半径；

4-2随机选择爆炸位置；

4-3执行烟花爆炸算法，确定爆炸最优值；

4-4根据烟花种群大小数目和维数值进行迭代运算，确定目标函数最优值。